1、第一章 运动的描述4 实验：用打点计时器测速度课时作业要点整合夯基础课堂讲练破重难课堂达标练经典知识点一 电磁打点计时器电磁打点计时器是一种记录运动物体在一定时间间隔内位移的计时仪器，它使用_(选填“直流”或“交流”)电源，工作电压在_ V 以下当电源的频率为 50 Hz时，它每隔_ s 打一次点交流60.02知识点二 电火花计时器电火花计时器在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉它使用_(选填“直流”或“交流”)电源，工作电压为_ V当电源的频率为 50 Hz 时，它每隔_ s 打一次点交流2200.02为什么说打点计时器是计时仪器而不是测量长度的仪器？提示：当电源的频率是 50
2、Hz 时，打点计时器每隔 0.02 s打一次点，所以根据纸带上的点数，我们就能确定某段过程所对应的时间物体带动纸带运动时，打点计时器虽然可以记录下物体在一定时间间隔内的位移，但没有刻度尺的测量，我们就无法知道位移的大小所以说打点计时器是计时仪器，不是测量长度的仪器知识点三 纸带(1)使用电磁打点计时器时，纸带应穿过限位孔，复写纸套在限位轴上，放在纸带的_(选填“上面”或“下面”)打点时，应先_(选填“接通电源”或“释放 纸带”)后 _(选 填“接通 电源”或“释放 纸带”)(2)纸 带 上 记 录 的 是 一 段 时 间 内 运 动 物 体 通 过 的_；对于从实验中得到的纸带，纸带上的点有疏
3、有密，点迹密集的地方表示物体运动的速度_上面接通电源释放纸带位移较小知识点四 根据纸带分析物体的运动情况有一打过点的纸带，如图所示根据量出 A、E 间的距离 x 和时间间隔 t 算出 A、E 间的平均速度 vxt.用这个速度可以近似地表示纸带经过 C 点时的_，如果 t 再小一些用 B、D 之间平均速度代表 C点的瞬时速度会更准确些瞬时速度用打点计时器测速度，得到如图所示一段纸带，测得 AB7.65 cm，BC9.17 cm，已知交变电流的频率为 50 Hz，则打 B点时物体的瞬时速度为 2.102 5 m/s，物体运动速度变化的特点是_相邻两计时点之间的距离随时间逐渐增大，故物体做加速运动，
4、即速度增大知识点五 用图象表示速度根据瞬时速度的计算方法，利用纸带上的数据，算出打点计时器打 A、B、C、D、E 等点时的瞬时速度，并找出对应的时间，然后以_为横坐标、_为纵坐标，画出的表示物体速度随时间变化关系的图线，即为速度时间图象从图象中可以直接看出的信息是_时间瞬时速度某时刻的瞬时速度如图所示为某质点做直线运动的 vt 图象，试回答：(1)图中 AB、BC、CD 段表示质点做什么样的运动？方向是沿正方向还是负方向？(2)质点在 1 s 末的速度是多少？(3)若 CD 延伸到时间轴的下方，延长线是 DE，则 DE 表示质点做什么样的运动？方向如何？提示：(1)由图象可知，质点在 AB 段
5、(02 s 内)，速度由 0均匀增大到 10 m/s，质点做加速运动，速度为正值，表示质点沿正方向运动；质点在 BC 段(24 s 内)，速度保持 10 m/s 不变，做匀速直线运动，速度为正值，表示质点沿正方向运动；质点在 CD 段(46 s 内)，速度由 10 m/s 均匀减小到 0，质点做减速运动，速度为正值，表示质点沿正方向运动(2)根据三角形的中位线可知，质点在 1 s 末的速度是 5 m/s.(3)质点在 DE 段(6 s 以后)，速度由 0 均匀增大，质点做加速运动，速度为负值，表示质点沿负方向运动考点一 打点计时器的原理及使用(1)实验目的练习使用打点计时器利用打上点的纸带研究
6、物体的运动情况(2)实验原理两种打点计时器当接通 50 Hz 的交流电源时，都是每隔0.02 s 打一次点当纸带跟运动物体连在一起时，打点计时器打在纸带上的点就相应地表示出物体在不同时刻的位置，线段上各点之间的间隔就表示出运动物体在不同时间内的位移，根据平均速度的定义式 vxt，当 t 很短时，可以认为xt等于 t 时刻的瞬时速度(3)实验器材电火花计时器、纸带、刻度尺、导线、学生电源(4)实验步骤把电火花计时器固定在桌子上，检查墨粉纸盘是否已经正确地套在纸盘轴上，并检查两条纸带是否已经正确地穿好，墨粉纸盘是否夹在两条纸带之间把计时器上的电源插头插在交流 220 V 电源插座上接通开关，用手水
7、平地拉动两条纸带，纸带上就会打下一系列的点迹取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数出若干个点，如果数出 n 个点，这些点划分出来的间隔数为(n1)由此计算出纸带从第一个点到第 n 个点的运动时间为 0.02(n1)s.用刻度尺测量出第一个点到第 n 个点的距离 x，再利用公式 vxt 计算纸带通过这段位移时的平均速度把测量和计算的结果填入表中在小纸带上标记连续 7 个计数点，分别标上记号 A、B、C、D、E、F、G.用刻度尺测量每相邻两个点间的距离，分别记为 x1、x2、x3、x4、x5、x6，记录到表中根据表中对纸带数据的测量结果，运用学过的知识判断：物体在这段时间内的运动是匀速直线运动还
8、是变速直线运动，说出判断的理由将 B、C、D、E、F 作为测量点，分别测量包含这些点的一段位移 x，由于 t 很小，求出 t 内的平均速度，即等于各点的瞬时速度，记入表中(5)实验注意事项电源电压要符合要求，电磁打点计时器应使用 6 V 以下的交流电源；电火花计时器使用 220 V 交流电源实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要进行调节或更换器材使用打点计时器应先接通电源，待打点计时器稳定时再用手拉纸带开头的点迹很密集，这是由于先接通电源后拉动纸带和开始时的速度比较慢而造成的，数点时不能从开头处数，而要向后看，从能够看清楚的某一个点开始如果数出了 n 个点，那么，它们的间隔数是(n1)个
9、它们所用的运动时间为(n1)0.02 s.打点计时器要固定好，在使用时打点计时器不允许松动手拉纸带时，速度应快一些，以防点迹太密集要保证手每一次“水平地拉动纸带”以减小阻力复写纸不要装反，每打完一次纸带，应调整一下复写纸的位置，以保证打点清晰对纸带进行测量时，不要分段测量各段的距离，正确的做法是一次测量完毕，一般先统一测量出各点到起始测量点之间的距离打点计时器不能连续工作太长时间，打点之后应立即关闭电源【例 1】一同学在用打点计时器做实验时，纸带上打出的不是圆点，而是如图所示的一些短线，这可能是因为()A打点计时器错接在直流电源上B电源电压不稳定C电源的频率不稳定D振针与复写纸间的距离过小D本
10、题可按以下思路进行解答：观图片 看点迹 对比选项 得出结果【解析】正常情况下，振针应该恰好敲打在限位板上，这样在纸带上才能留下点当振针与复写纸片间的距离过大时，振针可能够不着复写纸片，打出的纸带上有时有点，有时无点当振针与复写纸片间的距离过小时，每一个打点周期内振针就会有较长一段时间接触并挤压在复写纸片上，这样就成了一段一段的小线段所以在使用打点计时器前要检查一下振针到复写纸片的距离是否适中，否则就要做适当的调整选项 A 造成的后果是打点计时器不工作，选项 B 造成的后果是打点计时器工作不稳定，选项 C 造成的后果是打点周期不稳定，只有选项 D 才是造成题中所述现象的原因故应选 D.总结提能
11、在使用打点计时器时应把握以下三点：(1)掌握两种打点计时器的构造、原理及使用方法；(2)明确在使用打点计时器过程中常见的错误类型及其处理方法；(3)记住“用打点计时器测量速度”的注意事项使用电火花计时器分析物体运动情况的实验中：(1)在如下基本步骤中，正确的排列顺序为_.A把电火花计时器固定在桌子上B安放纸带C松开纸带让物体带着纸带运动D接通 220 V 交流电源E按下脉冲输出开关，进行打点(2)在安放纸带时，要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在_上，还要检查_是否夹在两纸带之间ABDEC纸盘轴墨粉纸盘解析：根据实验原理，通过对实验仪器的观察，掌握新仪器的使用方法是一种重要的实验能力电火花计时器的
12、特点是：打点是靠放电针和墨粉纸盘之间火花放电来实现的，故其操作步骤和电磁打点计时器是相仿的，墨粉纸盘应套在纸盘轴上，目的是使它可以转动，均匀地被利用墨粉纸盘夹在两条白纸带之间，目的是使墨粉纸盘可以更好地转动考点二 用打点计时器测瞬时速度用打点计时器测量某一位置的瞬时速度时，可以取包含这一位置在内一小段位移 x，用考点一中方法测出这一小段位移内的平均速度，用这一平均速度代表纸带经过该位置的瞬时速度如图所示，测量出包含 E 点在内的 D、F 两点间的位移 x和时间 t，算出纸带在这两点间的平均速度 vxt，用这个平均速度代表纸带经过 E 点时的瞬时速度.xt可以大致表示 E 点的瞬时速度D、F 两
13、点离 E 越近，算出的平均速度越接近 E 点的瞬时速度然而 D、F 两点距离过小则测量误差增大应该根据实际情况选取这两个点说明 由 vxt可知，用平均速度代表瞬时速度的条件是t0，即 t 很小这样做体现了一种极限思想，这是一种科学的近似方法，应通过实验体会感悟这种方法的优越性【例 2】打点计时器所用交流电源的频率为 50 Hz，某次实验中得到一条纸带，用毫米刻度尺进行测量，如图所示，则纸带在 A、C 间的平均速度为_m/s，在 A、D 间的平均速度为_m/s，B 点的瞬时速度更接近于_m/s.0.35 0.420.35 解答本题可按照下列思路进行：【解析】A、C 间的位移为 x11.40 cm
14、，A、C 间的时间间隔为 t10.04 s，所以 A、C 间的平均速度为 v1x1t1 1.401020.04 m/s0.35 m/s.A、D 间的位移为 x22.50 cm，A、D 间的时间间隔为 t20.06 s，所以 A、D 间的平均速度为 v2x2t22.501020.06 m/s0.42 m/s.A、C 两点比 A、D 两点更接近 B 点，所以 B 点的瞬时速度更接近于 A、C 间的平均速度 0.35 m/s.总结提能 用 vxt近似代替瞬时速度的条件是 t 足够小，因此利用它求某一点的瞬时速度时，应尽可能在靠近该点取数据，这样求出的数值才可能更接近该点的瞬时速度如图为某次实验时打出
15、的纸带，打点计时器每隔 0.02 s 打一个点，图中 O 点为第一个点，A、B、C、D 为每隔一点选定的计数点根据图中标出的数据，问：打 A、D 点时间内纸带的平均速度有多大？打 B 点时刻纸带的瞬时速度有多大？你能算出打 OD 点时间内纸带的平均速度吗？解析：AD 段的平均速度v ADADtAD43.2515.500.0223 cm/s231.25 cm/s.当时间间隔很短时，可以用平均速度代替瞬时速度，故 B 点的瞬时速度 vBACtAC32.5015.500.0222 cm/s212.50 cm/s.无法算出 OD 段的平均速度，因为不知道 OD 间有多少个点，因而不知道 OD 段的时间
16、间隔答案：231.25 cm/s 212.50 cm/s，不能算出打 OD 段时间内纸带的平均速度考点三 用 vt 图象研究物体的运动以速度 v 为纵轴、时间 t 为横轴，在方格纸上建立直角坐标系，根据每隔 0.1 s 测得的速度值在坐标系中描点，然后用平滑的曲线将这些点连接起来，就得到了描述纸带运动的速度时间图象(vt 图象)，简称速度图象(如下左图所示)(1)匀速直线运动的速度图象是一条平行于 t 轴的直线匀速直线运动的速度大小和方向都不随时间变化，其 vt 图象如上右图所示(2)从匀速直线运动的速度图象不仅可以知道速度的大小，而且可以求出位移，根据位移公式 xvt，在速度图象中可求对应着
17、边长分别为 v 和 t 的矩形面积，矩形面积值表示位移的大小(下图中画斜线的部分)(3)从 vt 图上可以直观地看出速度随时间的变化情况【例 3】在做“用打点计时器测速度”的实验中，某同学得到了如图所示的一条纸带图中所示数字为各点距第一点的距离，单位是 cm.(1)设计一个表格，将测量得到的物理量和计算出的各相邻两点间的平均速度填入表格中(2)判断纸带运动的性质，并说明理由解答本题的基本思路为：设计表格 提取纸带信息 填写表格 分析数据【解析】(1)经计算，各相邻两点间的位移 x 如下表所示，由 vxt可求出平均速度.(2)根据表格中的数据，作出速度随时间变化的 vt 图象，如图所示，在误差允
18、许的范围内，相等时间内的平均速度相等，所以纸带做匀速直线运动【答案】见解析总结提能 1.图象法是处理实验数据的常用方法，运用图象处理数据有很多优点，但在利用数据作图的过程中，由于存在偶然误差，连线时有些数据点要舍掉，以减小实验误差2画图象时应把握以下三点：(1)建立坐标系时，坐标原点、坐标轴表示的物理量及单位都要标注清楚(2)画速度时间图象时，要用平滑的曲线将各个点连接起来，不能画折线(3)标度的选取要适当，尽量让图象占据坐标系的大部分空间如图所示，是一条利用电磁打点计时器打出的纸带，0、1、2、3、4、5、6 是七个计数点，每相邻两个计数点之间还有四个点未画出，各计数点到 0 的距离如图所示
19、求出各计数点 1、2、3、4、5 的瞬时速度并画出速度时间图象解析：在计算纸带上某个点的瞬时速度时，可以以该点为中心，对称地选一段距离 x，找出通过 x 所用的时间 t，该点的瞬时速度即可表示为 x/t.时间越小，平均速度越接近瞬时速度在计算打某点的瞬时速度时，一般在该点两侧取相等的时间t，用 2t 内的平均速度来代表该点的瞬时速度建立速度时间坐标系，根据所求的瞬时速度，选好标度，确定计时起点(本题以 0 点为计时起点)，描出对应时刻的速度，连线画出 vt 图象(1)1 点是 0、2 间的中间时刻，求出 0、2 间的平均速度即可认为是 1 点的瞬时速度，同理 2、3、4、5 点的瞬时速度也可求
20、出.0 和 6 两个点的瞬时速度不便求出，然后画出速度时间图象注意相邻计数点间的时间间隔 T0.1 s，即 v10.195 m/s，v20.40 m/s，v30.61 m/s，v40.69 m/s，v50.70 m/s.(2)以 O 点为坐标原点建立直角坐标系横坐标：表示时间纵坐标：表示速度根据计算出的速度结果在直角坐标系中描点，然后连线得到图象如图所示答案：见解析1电磁打点计时器是一种使用交流电源的记录运动物体在一定时间间隔内位移的仪器，当电源频率为 50 Hz 时，振针每隔_s 打下一个点现在用打点计时器测定物体的速度，当电源频率高于 50 Hz 时，如果仍按 50 Hz 计算，则测出的速
21、度数值将比真实值_0.02小解析：打点计时器打点的频率是由电源的频率决定的，且打点的频率等于电源的频率当交流电源频率为 50 Hz 时，打点计时器每隔 0.02 s 打一个点，若电源的实际频率高于 50 Hz，打两次点的时间间隔将小于 0.02 s，故若仍按 0.02 s 计算运动时间时，所测得运动时间大于实际时间，由此计算出的速度值也就小于其真实值2练习使用电磁打点计时器的实验步骤如下：A把打点计时器固定在带有定滑轮的长木板上靠近定滑轮的一端，把复写纸套在定位轴上，让连接小车的纸带穿过限位孔，并压在复写纸下面；B把打点计时器接在 6 V 以下的直流电源上；C拉动纸带后，再接通电源；D取下纸带
22、，以纸带上起始点为 O，依次在每个点上标出1、2、3用刻度尺分别量出两点间的距离，比较是否相等，判断是什么性质的运动试纠正以上步骤中错误之处答案：A 中应将计时器固定在没有定滑轮的一端；B 中应接在交流电源上；C 中应先接通电源再拉动纸带；D 中应从能够看清的点开始标3如图是一个物体运动的 vt 图象，从以下三个方面说明它的速度是怎样变化的(1)物体是从静止开始运动还是具有一定的初速度？(2)运动的方向是否变化？(3)速度的大小是否变化？怎样变化？解析：(1)由图象可知，在 t0 时，v0，所以物体具有一定的初速度(2)在 0t3这段时间内，速度为正值，说明物体沿正方向运动，t3时刻以后，速度
23、为负值，说明物体沿与正方向相反的方向运动，所以物体运动的方向发生变化(3)由图象可知速度的大小发生变化，在 0t1时间内速度逐渐增大，t1t2时间内速度大小不变，t2t3时间内速度逐渐减小，在 t3时刻速度为零，在 t3 时刻以后，速度反向，但大小又在逐渐增大答案：见解析温示提馨请 做：课时作业 4PPT文稿（点击进入）学科素养培优精品微课堂 思想方法系列四借助现代科技仪器测速度开讲啦 1.借助传感器用计算机测速度下图是一种运动传感器的原理图，这个系统由 A、B 两个小盒子组成固定在运动物体上的 A 盒中装有发射器，可同时发射红外线脉冲(光速 c3108 m/s)和超声波脉冲(常温下声速 v3
24、40 m/s)，固定的 B 盒中装有接收装置，利用接收的时间差确定 A、B 间的距离，由两次测得的距离 x 和两次发射脉冲的时间间隔 t 可求出 A 的速度cv，则 x1vt1，x2vt2，xx2x1，tt2t1，vAxt，如图所示另一种运动传感器由固定盒发射超声波脉冲，被运动物体反射后仍由原盒接收，由发射和接收的时间差确定两者间的距离 x112vt1，x212vt2，由发射脉冲的时间间隔 t 确定速度 vx2x1tt22t12，如图所示2光电门测速度实验装置如图所示，使一辆小车从一端垫高的木板上滑下，木板旁装有光电门，其中 A 管发出光线，B 管接收光线当固定在车上的遮光板通过光电门时，光线
25、被挡住，记录仪上可以直接读出光线被挡住的时间 t.这段时间就是遮光板通过光电门的时间根据遮光板的宽度 x 和测出的时间 t，就可以算出遮光板通过光电门的平均速度 vxt.由于遮光板的宽度 x 很小，因此可以认为，这个平均速度就是小车通过光电门时的瞬时速度3利用频闪照相分析计算物体的速度频闪照相法是一种利用照相技术，每间隔一定时间曝光，从而形成间隔相同时间的影像的方法在频闪照相中会用到频闪灯，它每隔相等时间闪光一次，如每隔 0.1 s 闪光一次，即每秒闪光 10 次当物体运动时，利用频闪灯照明，照相机可以拍摄出该物体每隔相等时间所到达的位置通过这种方法拍摄的照片称为频闪照片右图是采用每秒闪光 1
26、0 次拍摄的小球沿斜面滚下的频闪照片，照片中每两个相邻小球的影像间隔的时间就是 0.1 s，这样便记录了物体运动的时间，而物体运动的位移则可以用尺子量出与打点计时器记录的信息相比，频闪灯的闪光频率相当于打点计时器交变电源的频率，而相同时间间隔出现的影像则相当于打点计时器打出的点迹因此，运动物体的频闪照片既记录了物体运动的时间信息，又记录了物体运动的位移信息至于求平均速度和瞬时速度，两者都是一样的例 像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图甲所示，a、b 分别是光电门的激光发射、接收装置，当有物体从 a、b 间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间现利用
27、图乙所示装置测量，图中MN 是水平桌面，PQ 是长 1 m 左右的木板，Q 是木板与桌面的接触点，1 和 2 是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出让滑块从木板的顶端滑下，光电门 1、2 各自连接的计时器显示的挡光时间分别为 5.0102 s 和2.0102 s用游标卡尺测量滑块的宽度 d5.015 cm.则：(1)滑块通过光电门 1 的速度 v1的大小是多少？(2)滑块通过光电门 2 的速度 v2的大小是多少？解析 由于滑块通过两光电门的时间极短，故可用滑块通过光电门的平均速度代替其通过的瞬时速度故v1dt15.0151025.0102 m/s1.003 m/s
28、；v2dt25.0151022.0102 m/s2.508 m/s.答案(1)1.003 m/s(2)2.508 m/s总结提能 求速度的方法很多，借助现代科技仪器求速度是近年来出现的一些特殊方法常用的求速度方法有图象法、利用打点计时器打纸带法等不管用什么方法，利用速度公式求出相应的位移和时间是关键变式训练 用气垫导轨和数字计时器更能精确地测量物体的瞬时速度如图所示，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间 t10.29 s，通过第二个光电门的时间 t20.11 s，已知遮光板的宽度为 3.0 cm，分别求滑块通过第一个光电门和第二个光电门时的速度大小解析：由于滑块经过光电门时遮光板的挡光时间较短，所以滑块经过光电门的速度可用遮光板挡光时间内的平均速度表示经过光电门 1 的速度v1 dt13.01020.29 m/s0.10 m/s，经过光电门 2 的速度v2 dt23.01020.11 m/s0.27 m/s.答案：0.10 m/s 0.27 m/s